基于GNSS信号信噪比观测量的海平面高度变化研究.PDF

第34 卷 第3 期 海 洋 预 报 Vol.34 ，No.3 2017 年6 月 MARINE FORECASTS Jun.2017 DOI: 10.11737/j.issn. 1003-0239.2017.03.004 基于GNSS 信号信噪比观测量的海平面高度变化研究 1 2 1 1 1 胡媛 ，刘卫 ，周悦 ，王一津 ，俞子恒 （1.上海海洋大学 工程学院，上海 201306 ；2. 上海海事大学 商船学院，上海 201306 ） 摘 要：建立基于GNSS 信号的海面测高数学模型，揭示基于载波和信噪比观测量测高方法的内 在联系；提出利用造价便宜的GPS 接收机以及普通接收机天线进行海平面高度变化监测的手段； 进行海平面高度变化监测的实验并与验潮仪对比分析。结果表明：利用普通GPS 接收机和天线进 行海平面测高可以获得厘米级的测量精度，24 h 连续监测的均方根误差为4.13 cm ，GPS 高度计与 验潮仪的测量结果相关系数为0.86 ；所布设的GNSS 高度计与造价昂贵的大地测量型接收机监测 结果相当，该造价便宜的高度计更适合用于未来大规模实际的海平面高度变化监测中。 关键词：GPS ；信噪比；海平面高度；卫星导航 中图分类号：P228.4 ；P731.23 文献标识码：A 文章编号：1003-0239 （2017 ）03-0026-06 1 引言 利用GPS 反射信号进行海平面高度测量的研究，主 要包括：（1）利用GPS 的载波观测量进行海平面高 随着全球气候变暖，海面平均高度的升高已经 度测量的研究[10-11] ；基于载波观测量的测量需要布 逐渐影响着各个沿海国家的经济和社会发展情况； 设两个接收机天线，一个天线接收直射信号，另外 对海平面高度变化的长期和准确的监测具有很重 一个天线接收来自于海面的反射信号。该方法精 要的现实意义[1-2] 。传统的海平面高度监测依靠布 度相对较高，但是安装麻烦、费用较高，随着海面风 置在沿海各个站点的验潮仪进行观测和记录海面 速增高，测量精度严重下降；（2 ）利用大地测量型接 变化情况。验潮仪只监测海平面高度对于基准点 收机所接收到的信号信噪比（SNR）进行海平面高度 的相对变化。即使很精确的验潮仪，其监测结果不 的测量研究[12-13] ；这些研究所用的大地测量型接收 仅受海平面高度变化的影响，同时也受地壳运动的 机价格昂贵，接收机采用扼流圈天线并配置球形保 影响。地壳运动和变形等的影响使得传统的验潮 护罩以提高天线增益高，很难进行大规模的海平面 仪很难实现对海平面高度变化的直接测量[3-4] 。 高度监测实际应用。另外，利用载波观测量和信噪 随着GPS（Global Positioning System）、GLONA- 比SNR 的两种海面测高方法的内在联系及测量机 SS （Global Navigation Satellite System）、北斗（Bei 理也有待进一步研究。 Dou Navigation Satellite System ，BDS ）以及Galileo 本文研究利用GNSS 观测量进行海平面高度监 等全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite 测的方法；以GPS 系统为例，建立基于载波观测量 System ，GNSS ）的迅速发展，利用GNSS 反射信号进 和信噪比SNR 的海面测高数学模型，研究两种方法 行海平面高度变化的监测已经成为可能[5-8] 。1993 内在联系和统一性问题；针对传统监测方案造价 年，Martin-Neira[9] 首次提出利用GPS 散射信号进行 高、安装复杂